[发明专利]轴向磁力卸载式轴流泵心脏辅助装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种专用轴流泵，具体的说是一种生物医学工程领域的植入人体的轴向磁力卸载式轴流泵心脏辅助装置。

背景技术

各种心脏疾病发展到一定阶段均可影响到心脏的泵血功能，而心脏正常的泵血功能对维持人体血液循环是必不可少的。心脏泵血功能不足称为“心衰”，治疗严重心衰是目前临床医学的一个难题。用人造的机械血泵来帮助或代替心衰心脏是一种有效的治疗方法，这种机械血泵通常称为“心脏辅助装置”或“人工心脏”。目前一些性能较好的心脏辅助装置已在临床上得到广泛的应用，但心脏辅助装置的应用也面临着许多问题，主要的是心脏辅助装置植入人体后可导致一些并发症，以及因轴承高速磨损容易产生机械故障和不良效应，这些均可导致病人死亡。

目前，临床上应用最多的是植入式轴流泵心脏辅助装置。公知的轴流泵构造均是由轴流泵、轴流泵电机、供电导线等部分组成。轴流泵和轴流泵电机常共同组成“泵—机组合体”，应用时将“泵—机组合体”植入到人体体内，轴流泵入口与心脏的心尖部切口连通，可将心室中的血液引流到轴流泵内，轴流泵出口联接人造血管，人造血管的另一端与人体主动脉通过“端—侧”吻合相连通。轴流泵工作时，进入泵入口的血液在旋转叶轮的驱动下，压力升高，从泵出口流出，经出口端的人造血管进入人体主动脉内。如是轴流泵工作时既可降低心室内压力，减低心脏负荷，又可提高动脉内血压，维持外周循环，能有效地挽救严重心衰病人的生命。

临床上应用的轴流泵以有机械轴支撑的较多，这种泵的叶轮轴向和径向位置均由机械轴和轴承保持。轴流泵在工作状态下，叶轮在驱动流体流出时，必然会产生流体对叶轮的反作用力（向前推力），其大小根据转速和流量的不同而异，在通常的心室辅助条件下，反作用力约在0.2-0.6千克力的范围内变动，如果转轴直径设计为2毫米，那么受压的转轴前端面承受的压强达到6.4-19.1千克力/平方厘米。如单独采用端面滑动式止推轴承，来对抗反作用力及高速、剧烈的摩擦，这不仅容易导致轴承材料的快速磨损，引起机械故障；更严重的是因摩擦产生较多的热量，使摩擦部位的温度升高，导致血液中的蛋白变性坏死，附着沉集在轴套表面，触发血栓的形成和生长。

临床应用的还有无轴承的“磁—液悬浮”轴流泵，其旋转叶轮的位置是由径向流体动力悬浮和轴向磁悬浮保持。虽然这种轴流泵可去除机械轴承的摩擦效应，但由于流体动力悬浮对悬浮间隙和流体粘度等参数的严格要求，需要牺牲泵的一些技术性能，不能采用技术最优化的结构，所以这种血泵也很难达到临床需要的理想状态。

由此，优化轴流泵的结构，减少摩擦及热效应，降低并发症，提高泵的工作寿命和稳定性是心脏辅助装置技术的关键。

发明内容

本发明的目的是提供一种能降低血栓等并发症、提高使用寿命的轴向磁力卸载式轴流泵心脏辅助装置。

本发明是“泵—机组合体”，由泵系统及驱动电机系统两大部分组成，泵系统由泵筒、叶轮、定位轴、前、后导流锥及定位轴前、后支撑室组成；驱动电机系统由内永磁转子、电机定子组成；永磁转子镶嵌在泵筒里面的叶轮轮毂中空腔内；其特征是电机定子又由定子铁芯、定子线圈绕组和叶轮位置控制软磁体组成，叶轮位置控制软磁体位于泵筒外、定子铁芯的后端，叶轮位置控制软磁体及定子铁芯对叶轮轮毂中的永磁转子产生磁约束力，磁约束力的方向与叶轮轴向位移的方向相反。

上述的泵筒里面的永磁转子镶嵌在叶轮轮毂的中空腔内，这样的组合体既是驱动血液流动的叶轮，又构成了轴流泵电机的转子，在电机工作时，产生的旋转磁场作用于转子磁场，驱动叶轮旋转，推动血液流动。

电机定子增加了叶轮位置控制软磁体，其与定子铁芯一起约束永磁转子在泵筒内自动中心定位，当叶轮因受到外力而向前或向后位移时，叶轮位置控制软磁体及定子铁芯对叶轮轮毂中的永磁转子产生向后或向前的磁约束力。在轴流泵工作时，血流对驱动叶轮产生的一个反作用力（轴向向前的推力）可使叶轮往前位移，此时就有一个磁约束力（轴向向后的卸载拉力）与之对抗，因此形成对叶轮及轴的力负荷“轴向磁力卸载”，当对抗的二力完全平衡时，轴向力负荷被全部卸载，形成叶轮的“轴向磁悬浮”。通过设计调整叶轮轴向位移的大小、转子永磁体的强度，以及叶轮位置控制软磁体和定子铁芯的几何尺寸，可使磁约束力达到适当大小，完全实现叶轮的“轴向磁悬浮”。

上述的泵筒内入口端设置的前导流锥由前导叶轮毂及轮毂上的前导叶组成；出口端设置的后导流锥由尾导叶轮毂及轮毂上的尾导叶组成；中间位置设置的叶轮由叶轮轮毂及轮毂上的叶轮叶片组成。